JPH0914103A

JPH0914103A - 筒内噴射エンジン

Info

Publication number: JPH0914103A
Application number: JP7209573A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Suzuki; 裕一鈴木; Akira Serizawa; 晃芹澤
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-08-17
Publication date: 1997-01-14
Anticipated expiration: 2015-08-17
Also published as: JP3380379B2

Abstract

(57)【要約】【課題】成層混合気燃焼，均一予混合気燃焼を行うこ
とができる筒内噴射エンジンを提供する。【解決手段】気筒６ｄ内に燃料を噴射供給する筒内噴
射弁１４を備えた筒内噴射エンジン１において、シリン
ダヘッド３に２つの吸気弁開口１０ａ，１０ｂをカム軸
方向に並列に形成し、気筒軸方向に見て上記両吸気弁開
口１０ａ，１０ｂを、該両吸気弁開口の中心同士を結ぶ
線から気筒軸Ｃまでの距離Ｌ１が気筒半径Ｌの１／４以
下となる位置に形成し、気筒軸方向に見て上記燃料噴射
弁１４の噴射口１４ｂを、シリンダヘッド３の上記両吸
気弁開口１０ａ，１０ｂの間に位置し、かつ噴射軸線が
排気側に向かうように配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料を気筒内に直
接噴射供給するようにした筒内噴射エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、燃料噴射弁をシリンダヘッド
に燃焼室内に臨むように装着し、燃料を気筒内に直接噴
射供給するようにした筒内噴射エンジンが提案されてい
る。上記燃料噴射弁は、所定の噴射角度を有する噴射口
を電磁コイルで進退駆動される弁体で開閉可能に構成さ
れており、要求燃料量に応じて上記電磁コイルへの通電
時間を制御して噴射口の開時間を制御し、もって燃料噴
射量を調整するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記筒内噴射
エンジンにおいては、エンジンの運転状態に応じて、燃
料を気筒内において均一に拡散分布させることにより燃
焼速度を上昇させる均一予混合気燃焼、あるいは点火プ
ラグの近傍に高濃度混合気を形成するとともに燃焼室の
隅部には希薄混合気を形成することにより高負荷でのノ
ッキングを防止する成層混合気燃焼を行うことが要請さ
れている。

【０００４】本発明は、上記従来の要請に応えるべくな
されたもので、成層混合気燃焼，均一予混合気燃焼を行
うことができる筒内噴射エンジンを提供することを目的
としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、気筒
内に燃料を噴射供給する筒内噴射弁を備えた筒内噴射エ
ンジンにおいて、シリンダヘッドに２つの吸気弁開口を
カム軸方向に並列に形成し、気筒軸方向に見て上記両吸
気弁開口を、該両吸気弁開口の中心同士を結ぶ線から気
筒軸までの距離が気筒半径の１／４以下となる位置に形
成し、気筒軸方向に見て上記燃料噴射弁の噴射口を、シ
リンダヘッドの上記両吸気弁開口の間に位置し、かつ噴
射軸線が排気側に向かうように配設したことを特徴とし
ている。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１において、吸
気カム軸を気筒軸方向にみて吸気カム軸の少なくとも一
部が気筒投影面内に位置するように配設し、上記燃料噴
射弁をシリンダヘッドの吸気ポートとブロック側合面と
の間に該吸気ポートの直線部と略平行となるように挿入
配設したことを特徴としている。

【０００７】請求項３の発明は、気筒内に燃料を噴射供
給する筒内噴射弁を備えた筒内噴射エンジンにおいて、
ピストンの頂部にシリンダヘッドの燃焼凹部とで燃焼室
を構成するキャビティを凹設し、上記筒内噴射弁を噴射
燃料が、上死点近傍にて上昇中のピストンの上記キャビ
ティ内に進入するように配設し、該キャビティの周壁面
の排気側に上記噴射された燃料を衝突反射させ、該反射
燃料の一部を点火プラグに向けて案内し、他の一部をキ
ャビティ内に案内する反射傾斜面を形成したことを特徴
としている。

【０００８】請求項４の発明は、請求項３において、上
記キャビティを排気側に偏位配置し、キャビティの吸気
側に空気を該キャビティ内に導入する導入傾斜面を形成
し、吸気側のスキッシュ面を排気側のスキッシュ面より
広く形成したことを特徴としている。

【０００９】請求項５の発明は、請求項４において、上
記キャビティを、気筒中心から上記導入傾斜面側に延び
る部分と、上記反射傾斜面の左，右側に延びる部分とか
らなる全体として三つ葉型としたことを特徴としてい
る。

【００１０】請求項６の発明は、請求項４において、上
記導入傾斜面の左，右側に左，右吸気弁開口に対向する
対向凹部を凹設したことを特徴としている。

【００１１】請求項７の発明は、気筒内に燃料を噴射供
給する筒内噴射弁を備えた筒内噴射エンジンにおいて、
シリンダヘッドに２つの吸気弁開口をカム軸方向に並列
に形成し、気筒軸方向に見て上記燃料噴射弁の噴射口
を、シリンダヘッドの上記両吸気弁開口の間に位置し、
かつ噴射軸線が排気側に向かうように配設し、点火プラ
グを気筒軸付近に配設するとともに、シリンダヘッドの
燃焼室天壁面の上記両吸気弁開口の間の部分に、上記燃
料噴射弁からの噴射燃料が上記点火プラグの電極に直接
かかるのを防止するとともに、該噴射燃料の霧化を促進
するための突起部を形成したことを特徴としている。

【００１２】

【作用】請求項１の発明に係る筒内噴射エンジンによれ
ば、並列配置された吸気弁開口を気筒軸芯側に大きく偏
位配置するとともに、燃料噴射弁の噴射口をシリンダヘ
ッドの上記両吸気弁開口の間に位置させて排気側にむけ
て燃料を噴射するようにしたので、吸気は気筒内に気筒
中心付近から気筒軸方向に方向付けされて導入され、気
筒内周面の排気側部分に沿って縦方向に流れ、左，右一
対の縦渦（タンブル）が発生する。そして燃料は、上記
両タンブル流の間を通って排気側に向けて噴射される。
従って、気筒中心部では高濃度混合気となるとともに
左，右側部では低濃度混合気となる成層混合気が形成さ
れる。

【００１３】請求項２の発明によれば、吸気カム軸を、
カム軸方向に見て上記吸気弁の弁軸と交差し、気筒軸方
向にみて吸気カム軸の少なくとも一部が気筒投影面内に
位置するように配設したので、吸気ポートを起立配置す
ることが可能となり、吸気ポートとブロック側合面との
間に燃料噴射弁の配置スペースを確保できる。

【００１４】請求項３の発明によれば、燃料噴射弁から
噴射された燃料は、ピストンのキャビティの反射傾斜面
に衝突し、その一部は点火プラグ側に吹き上げられ、点
火プラグ周囲にて着火可能の高濃度混合気を形成し、残
りはキャビティ内にて高濃度混合気を形成する。これに
より点火プラグ周囲とキャビティでは高濃度混合気とな
るとともにキャビティ周囲では低濃度となる成層混合気
が形成される。

【００１５】請求項４の発明によれば、上記キャビティ
を排気側に偏位配置し、キャビティの吸気側に空気を該
キャビティ内に導入する導入傾斜面を形成し、吸気側の
スキッシュ面を排気側のスキッシュ面より広く形成した
ので、ピストンが上死点近傍に上昇すると空気がキャビ
ティ内に流入し、この最の空気の渦により上記キャビテ
ィ内に案内された燃料と空気との混合が促進され、キャ
ビティに均一混合気を形成できる。

【００１６】請求項５の発明によれば、上記キャビティ
を、気筒中心から上記導入傾斜面側に延びる部分と、上
記反射傾斜面の左，右側に延びる部分とからなる全体と
して三つ葉型としたので、キャビティ内に流入する空気
がより一層確実に渦を発生し、燃料と空気との混合がよ
り一層促進される。

【００１７】請求項６の発明によれば、左，右吸気弁開
口と対向する対向凹部を凹設したので、渦の発生を増大
でき、燃料と空気との混合をより一層促進でき、燃焼効
率を向上できる。

【００１８】請求項７の発明によれば、シリンダヘッド
の天壁内面に突起部を形成したので、噴射供給された燃
料は該突起部により左，右に切り分け分離される。その
ため、点火プラグに噴射燃料が直接かかることを防止で
き、また、該突起部を設けたことにより、特に上記分離
した燃料の到達部位付近が高温となり、上記燃料の霧化
を促進できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、請求項１〜６の発明の第１
実施形態を図に基づいて説明する。なお、本明細書の全
ての図において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１〜図１３は上記第１実施形態による筒内噴射エンジ
ンを説明するための図であり、図１，図２は断面側面図
（図３のI-I 線断面図，II-II 線断面図）、図３はシリ
ンダヘッドの底面図、図４はピストンの平面図、図５は
燃料噴射弁の噴射ノズル部分の断面側面図、図６，図７
はシリンダライナの平面図，断面側面図、図８は燃料噴
射弁の噴射特性図、図９，図１０は動作を説明するため
のエンジン回転数−負荷−運転状態特性図、図１１，図
１２は均一予混合燃焼，成層混合気燃焼状態を示す模式
図、図１３は吸気弁のリフトカーブを示す模式図であ
る。

【００２０】図において、１は水冷式４サイクル並列多
気筒４バルブエンジンであり、シリンダブロック２のヘ
ッド側合面上にシリンダヘッド３をヘッドボルト２０で
結合し、該シリンダヘッド３の上部に形成されたカム室
４をヘッドカバー５で覆った構造を有している。

【００２１】上記シリンダブロック２内にはピストン７
が摺動自在に挿入されるシリンダボア６ｄを有する鋳鉄
製のシリンダライナ６が挿入固定されている。該シリン
ダライナ６の上部にはフランジ部６ａが厚肉かつピスト
ンストロークの１／２程度の高さに形成されており、該
フランジ部６ａの上面にはシリンダヘッド３内の冷却ジ
ャケット３ｆに連通する環状溝部６ｂが形成され、該環
状溝部６ｂは、該フランジ部６ａを斜め下方に貫通する
ように形成された貫通孔６ｃによりシリンダブロック２
の冷却ジャケット２ａに連通している。

【００２２】上記ピストン７は円筒部７ａにピストンピ
ンが挿入されるピンボス部７ｂを形成するとともに上端
を頂部７ｃで閉塞してなるものであり、該頂部７ｃには
シリンダヘッド３の下面に凹設された燃焼凹部３ａとで
燃焼室を構成するキャビティ８が凹設されている。この
キャビティ８は図２，４に示すように、円形の凹部８ａ
と、該円形凹部８ａの吸気側にて径方向外側に突出する
導入部８ｂと、該円形凹部８ａの排気側にて径方向中心
側に突出する反射部８ｃとを備えている。

【００２３】上記凹部８ａの中心点Ｐは気筒軸線Ｃから
排気側にｆだけ偏位している。また上記導入部８ｂは噴
射された燃料をキャビティ８内に導入するためのもので
あり、その外側端部には導入傾斜面８ｄが形成されてい
る。また上記反射部８ｃは、燃料噴射弁１４からの噴射
燃料の一部を点火プラグ９側に吹き上げるとともに残り
をキャビティ８内の向かわせるためのものであり、その
内側には反射傾斜面８ｅが形成されている。この反射傾
斜面８ｅは略気筒中心に位置しており、該反射傾斜面８
ｅの真上に点火プラグ９の電極９ａが位置している。

【００２４】上記シリンダヘッド３の燃焼凹部３ａに
は、２つの左，右吸気弁開口１０ａ，１０ｂと、２つの
左，右排気片開口１１ａ，１１ｂが開口している。上記
左，右吸気弁開口１０ａ，１０ｂは、図１に示すよう
に、二股状の吸気ポート１２ａにより合流しつつシリン
ダヘッドの後壁３ｂに導出されている。ここで上記吸気
ポート１２ａは、カム軸方向に見ると（図１参照）、吸
気弁１５の弁軸１５ｂと同軸をなすスロート部１２ｂが
比較的長く形成されており、そのため該吸気ポート１２
ａの直線部１２ｃとブロック側合面３ｇとの間には後述
する燃料噴射弁１４の配置スペースが確保されている。

【００２５】また上記吸気ポート１２ａには、吸気マニ
ホールド１２の分岐部１２ｄが接続されている。この分
岐部１２ｄには、偏流弁１７が配設されている。偏流弁
１７は切欠部１７ａを有し、カム軸と平行の弁軸１７ｂ
回りに全開位置と図２に実線で示す閉位置との間で回動
可能となっており、図示しないアクチュエータにより開
閉駆動される。上記偏流弁１７を閉位置に回動させる
と、吸気は上記吸気ポート１２ａの天壁と上記切欠部１
７ａとの間を通って天壁側に偏って流れ、気筒中心側寄
りからシリンダボア６ｄの排気側内面に沿って軸方向に
流れてピストン頂面で反転し、これによりシリンダボア
６ｄ内にて縦方向の渦、いわゆるタンブルが左，右一対
発生する。

【００２６】また上記左，右の排気弁開口１１ａ，１１
ｂは二股状の排気ポート１３ａにより合流されつつシリ
ンダヘッド前壁３ｃに導出され、該導出開口には排気菅
１３が接続されている。

【００２７】ここで図３に示すように、上記左，右吸気
弁開口１０ａ，１０ｂは、気筒軸線Ｃを通りかつカム軸
と平行な線Ａから上記両吸気弁開口１０ａ，１０ｂまで
の距離距離Ｌ１がシリンダボア半径Ｌの１／４以下とな
るように排気側に大きく偏位しており、かつ点火プラグ
９の螺挿孔との間に所要の隙間が得られる程度にカム軸
方向に離れるように配設されている。

【００２８】上記吸気弁開口１０ａ，１０ｂの排気側へ
の偏位配置により、シリンダヘッド３の燃焼凹部３ａ内
の左，右吸気弁開口１０ａ，１０ｂ間部分には平坦の広
いスキッシュ面３ｄが確保されており、該スキッシュ面
３ｄのカム軸方向中心に、噴射開口３ｅが形成されてい
る。この噴射開口３ｅ内には、吸気ポート１２ａの直線
部１２ｃとブロック側合面３ｇとの間に、該直線部１２
ｃと略平行に挿入配置された燃料噴射弁１４の噴射部１
４ａが位置している。

【００２９】上記燃料噴射弁１４は、上記噴射部１４ａ
内に形成された噴射ノズル１４ｂを電磁コイルで進退駆
動される弁体１４ｃで開閉する構造のものであり、上記
噴射部１４ａの先端面１４ｅは、上記燃焼凹部３ａの内
面，及びスキッシュ面３ｄと面一となるように形成され
ている。また上記噴射ノズル１４ｂは図２，５に示すよ
うに、ピストン７が上死点から１／２〜１／３ストロー
ク位置に位置している場合に、燃料が上記ピストン７の
反射傾斜面８ｅに向かって噴射されるようにその角度，
方向が設定されている。この場合、噴射角度はθに、噴
射方向は噴射弁１４の軸線と噴射燃料の軸線とのなす角
度はθ′に設定されている。なお、１４ｆは燃料噴射弁
１４に高圧燃料を供給する燃料供給レールである。

【００３０】また上記左，右吸気弁開口１０ａ，１０ｂ
は、左，右吸気弁１５，１５の弁頭１５ａにより開閉可
能となっており、また左，右排気弁開口１１ａ，１１ｂ
は左，右排気弁１６，１６の弁頭１６ａで開閉可能とな
っている。上記吸気弁１５，排気弁１６は、それぞれの
弁軸１５ｂ，１６ｂが所定の挟み角度をなすように配設
されており、該各弁軸１５ｂ，１６ｂの上端に装着され
たリフタ１７，１７を介してそれぞれ吸気，排気カム軸
１８，１９で開閉駆動される。

【００３１】上記吸気カム軸１８はシリンダヘッド３側
に形成された軸受部１８ａ及び軸受キャップ１８ｂによ
り軸支されており、また上記排気カム軸１９はシリンダ
ヘッド３側の軸受部１９ａ及び軸受キャップ１９ｂによ
り軸支されている。そして吸気カム軸１８は、排気カム
軸１９よりｅだけ高所に配置されている。

【００３２】ここで上記排気弁１６は、その軸線ａと排
気カム軸１９との交点ｂがシリンダボア６ｄの最排気側
部分の延長線ｃと略一致するような傾斜角度でもって配
設されている。また、上記吸気弁１５は、その軸線ａ′
と吸気カム軸１８との交点ｂ′がシリンダボア６ｄの最
吸気側部分の延長線ｃ′より気筒軸側にｄだけ偏位する
傾斜角度でもって配設されている。即ち、本実施形態エ
ンジンでは、カム軸１８，１９は、その軸線が略シリン
ダボア６ｄの気筒軸方向投影面内に位置するような狭い
間隔を開けて配置されており、上記バルブ挟み角度は約
２０°と狭くなっている。

【００３３】このようにバルブ挟み角度を狭く設定した
ことにより、弁頭１５ａ，１６ａが略平坦面をなすこと
となり、その結果燃焼凹部３ａの表面形状が略平坦とな
るとともに該燃焼凹部３ａの容積が小さくなり、上記キ
ャビティ８を設けながら高い圧縮比を実現している。

【００３４】また上記バルブ挟み角度を小さくしたこと
から、吸気ポート１２ａの直線部１２ｃを気筒軸となす
角度が小さくなるように起立させることができ、スロー
ト部１２ｂを長く設定したこととあいまって、該吸気ポ
ート１２ａとブロック側合面３ｇとの間に燃料噴射弁１
４の配置スペースを確保できたものである。

【００３５】また上述のように、吸気カム軸１８を寸法
ｅだけ高所に配置した点から、必要なスロート長を確保
しながら吸気ポート１２ａを起立させることができ、燃
料噴射弁１４の配置スペースを確保できたものである。
そして配置スペースに比較的余裕が得られたことから、
燃料噴射弁１４を囲むように冷却ジャケット３ｆを形成
することができ、該燃料噴射弁１４を燃焼室３ａに向け
て燃料を噴射可能な位置に配設できたものである。

【００３６】ここで、本エンジン１は、吸気弁１５の開
閉タイミングを変化させる吸気弁開閉時期可変機構を備
えており、これはバルブタイミング可変機構とバルブリ
フト可変機構との組み合わせとなっており、以下のよう
にして吸気弁の開時期は変化させずに閉時期のみを変化
させることができるようようになっている。

【００３７】上記バルブリフト可変機構は、吸気リフタ
１７の内部にシリンダ１７ａを形成し、該シリンダ１７
ａ内に逃げ孔１７ｃを有するピストン部材１７ｂを弁軸
直角方向に進退可能に挿入配置した構造となっている。
ピストン部材１７ａを前進させるとリフタ１７の動作が
ピストン部材１７ａを介してそのまま吸気弁１５に伝達
され、リフトカーブは図１３の曲線ａとなる。一方、ピ
ストン部材１７ｂを後退させると、該部材１７ｂの逃げ
孔１７ｃと弁軸１５ｂとが一致し、該逃げ孔１７ｃの深
さだけ吸気弁１５は空動し、リフトカーブは図１３の曲
線ｂとなる。

【００３８】また上記バルブタイミング可変機構は、カ
ム軸１８とタイミングスプロケットとの位相角度を変化
させる公知の機構であり、上記リフトカーブを曲線ｂに
した状態で位相角度を変化させると、タイミングカーブ
は曲線ｃに変化する。これにより吸気弁の開時期はθｏ
と略一定であるのに対し、閉時期はθｃからθｃ′に変
化する。

【００３９】本吸気弁開閉時期可変機構は、吸気弁１５
の開時期は一定とし、閉時期をピストン下降行程におけ
る下死点前（例えば６０°）から上昇行程における下死
点後（例えは６０°）の範囲で自由に変化させ得るよう
に構成されている。上記吸気弁１５を下死点前６０°で
閉じた場合の実質的な圧縮比は１１であり、下死点後６
０°で閉じた場合は１６である。

【００４０】そして本エンジン１は、エンジンの運転制
御を行うＥＣＵ（図示せず）を備えており、該ＥＣＵ
は、上記偏流弁（タンブル弁）１７用アクチュエータの
動作を制御する偏流弁制御手段として、上記吸気弁開閉
時期可変機構の動作を制御する可変機構制御手段とし
て、また燃料噴射弁１４による噴射タイミング，噴射量
等を制御する噴射弁制御手段として機能する。

【００４１】次に、作用効果について説明する。本エン
ジン１では、図９（ａ）に示すように、低中回転高負荷
運転域Ｓ１では吸気弁１５をピストン下降行程中下死点
前に閉じる吸気弁早閉じによる低圧縮比運転を行い、そ
れ以外の運転域Ｓ２ではピストン上昇行程中下死点後の
通常タイミングで吸気弁を閉じる基本圧縮比運転を行
う。

【００４２】また図９（ｂ）に示すように、中高回転高
負荷運転域Ｓ３では、燃料噴射の開始時期をピストン下
降行程中下死点前とする均一予混合気運転を行い、それ
以外の運転域Ｓ４では燃料噴射時期をピストン上昇行程
中下死点後とする成層混合気運転を行う。

【００４３】その結果、図１０に示すように、中回転高
負荷運転域Ｓ５では、吸気弁早閉じ運転でかつ早期燃料
噴射運転が行われ、この運転域Ｓ５において最も均一な
予混合気運転が行われることとなる。

【００４４】上記運転域Ｓ５では、燃料を気筒内全体に
均一に拡散させて燃焼速度の増大を図る均一予混合燃焼
を行う。そのためにＥＣＵは、上記アクチュエータをし
て偏流弁１７を全開位置に位置させ、また図１１（ｅ）
に示すように、吸気弁開閉時期可変機構をして吸気弁１
５の閉時期をピストン下降行程における下死点前、例え
ば６０°とするとともに、燃料噴射弁１４をして吸気弁
１５の閉直後に燃料噴射を開始させる。

【００４５】上記偏流弁１７が全開位置に位置している
ので、吸気は吸気ポート１２ａ全体を通って気筒内に導
入され、従って上述のタンブルはほとんど発生しない
（図１１（ａ）参照）。一方、ピストン７の頂部７ｃに
形成されたキャビティ８が排気側に偏位している点、及
び吸気側に広い面積のスキッシュ面３ｄが形成されてい
ることから、ピストン７の上昇に伴ってキャビティ８内
にスワールが発生する（図１（ｂ），（ｄ）参照）。

【００４６】吸気弁１５の早期閉じにより実質的な圧縮
比は１１となり、またピストン７が下死点に達するまで
筒内圧力が低下する。この減圧状態において燃料が噴射
供給されるので、この噴射された燃料は減圧沸騰現象に
より微粒化されるとともに、噴霧の拡がり角度が増大し
噴射角度が実質的に増大したこととなり、その結果筒内
に均一混合気が作られ、燃焼速度が向上する。この場
合、燃料噴射弁１４の噴射特性は、図８に示すように、
噴射開始側にてより多量の燃料を噴射するようになって
いるので、上記減圧状態において集中的に燃料が噴射さ
れ、この点からも噴霧の拡がり角度が増大する。

【００４７】また上記燃料の減圧沸騰現象により圧縮開
始時点における混合気温度が低下することから、高負荷
運転域においても圧縮行程終期における混合気の温度上
昇が抑制され、それだけノッキングの発生を防止でき
る。

【００４８】また運転域Ｓ６では、プラグ近傍に燃焼可
能な高濃度の混合気を形成するとともに、キャビティ８
内に燃料を均一混合気として閉じ込め、かつ残りの領域
は希薄混合気とする成層混合気を形成する。そのため
に、ＥＣＵは、上記アクチュエータをして上記偏流弁１
７を全閉位置に位置させ、また吸気弁開閉時期可変機構
をして吸気弁１５の閉時期をピストン下降行程における
下死点後（例えば６０°）とするとともに、燃料噴射弁
１４をして可能な限り遅く（例えば上死点前１２０°）
において燃料噴射を開始させる。これにより実質的な圧
縮比は１４程度となる。

【００４９】上記偏流弁１７の全閉により、吸気は吸気
ポート１２ａの天壁寄りに偏って流れ、左，右の吸気弁
開口１０ａ，１０ｂの気筒軸芯寄りを通ってシリンダボ
ア６ｄの排気側面に沿って導入され、これによりシリン
ダボア６ｄ内にて左，右一対のタンブル流が発生する
（図１２（ａ）参照）。

【００５０】一方、燃料は上記左，右のタンブル流の間
を通って上記噴射角度θでもって１／２〜１／３ストロ
ーク位置にあるピストン７の反射傾斜面８ｅに向かって
噴射される。そのためシリンダボア６ｄ内において中心
部は十分に着火可能の高濃度で、左，右は着火しない低
濃度の成層混合気が形成される（図１２（ｂ），（ｅ）
参照）。

【００５１】そして上記燃料噴射弁１４からピストン７
のキャビティ８内に噴射された燃料は、反射傾斜面８ｅ
に衝突反射し、その一部は上方に吹き上がって点火プラ
グ９の電極９ａ付近に達し、該電極９ａ付近に着火可能
の高濃度の混合気が形成される。また上記衝突反射した
燃料の残りはキャビティ８の内方に向かう（図１２
（ｃ），（ｆ）参照）。

【００５２】そしてキャビティ８を排気側に偏位させる
とともに吸気側に導入傾斜面８ｄを有する導入部８ｂを
設け、かつ吸気側に広い面積のスキッシュ面３ｄを形成
したので、ピストン７の上昇に伴い、空気がキャビティ
８内に横渦（スワール）を形成しつつ流入する。この空
気の渦により上記キャビティ内に向かう燃料との混合が
促進され、キャビティ８内において均一混合気が形成さ
れる（図１２（ｄ），（ｇ）参照）。

【００５３】このように点火プラグ周囲に高濃度の混合
気を形成するとともにキャビティ８内に均一混合気を形
成するという成層混合気燃焼を実現でき、燃焼速度が向
上する。

【００５４】この場合、キャビティ８の外側の点火プラ
グ周囲以外の領域には可燃混合気はほとんど存在しない
から、高負荷においても燃焼室の隅部での異常着火が生
じることはなく、高圧縮比（例えば１４程度）としなが
らノッキングの発生を抑制できる。

【００５５】図１４は請求項５の発明に係る第２実施形
態によるピストンのキャビティを示す図である。本実施
形態のキャビティ３８の凹部は、気筒中心から導入部８
ｂの導入傾斜面８ｄ側に延びる部分３８ａと、反射部８
ｃの反射傾斜面８ｅの左，右に延びる部分３８ｂ，３８
ｂとからなる全体として三つ葉型となっている。

【００５６】本実施形態では、キャビティ３８の凹部を
三つ葉型としたので、キャビティ３８内に流入するスキ
ッシュ流の乱流強度が高まり、燃料と空気との混合がよ
り一層促進され、燃焼速度が上昇する。

【００５７】また、図１５〜図１９は請求項６，７の発
明に係る第３実施形態による筒内噴射エンジンを示す図
であり、図１５は本エンジンの要部断面側面図、図１６
はシリンダヘッドの底面図、図１７はピストンのキャビ
ティを示す平面図、図１８，１９は燃焼室内の温度変化
を示す図である。

【００５８】図において、４０は、シリンダヘッド３の
燃焼凹部３ａに開口する左，右吸気弁開口１０ａ，１０
ｂの間（バルブブリッジ）に配設された突起部を示して
いる。この突起部４０は、上記噴射開口３ｅから噴射供
給された燃料を左，右方向流Ｄ，Ｅに分離させる分離壁
面４０ａ，４０ａと、上記点火プラグ９の電極９ａを囲
み、該電極９ａに燃料が直接かかることを回避する遮蔽
壁面４０ｂとを有している。

【００５９】上記ピストン７のキャビティ４１は、導入
傾斜面８ｄの左，右側に凹設され、左，右の吸気弁開口
１０ａ，１０ｂと対向する対向凹部４２ａ，４２ｂを有
している。

【００６０】このように本実施形態では、噴射された燃
料を突起部４０で左，右方向流Ｄ，Ｅに分離させるとと
もに、導入傾斜面８ｄ側の左，右に吸気弁開口１０ａ，
１０ｂと対向する対向凹部４２ａ，４２ｂを凹設したの
で、燃料と空気との混合をより一層促進することができ
る。

【００６１】また突起部４０を設けたので、噴射燃料は
左，右方向流Ｄ，Ｅに切り分け分離され、噴射された燃
料が点火プラグ９の電極９ａに直接当たるのを回避でき
る。また突起部４０を設けたことにより上記分離された
燃料の到達部位付近の温度が上昇し、霧化が促進され
る。

【００６２】ここで、上記突起部４０を設けたことによ
るシリンダヘッドの燃料凹部３ａ内の温度分布を測定し
た。この測定では、突起部４０の形成された直線Ａ上の
ポイント５０，５１，５６，５５と、吸気弁開口，排気
弁開口を結ぶ直線Ｂ上のポイント５３，５２，５７，５
８について調べた。

【００６３】図１８，１９に示すようにいずれのポイン
トにおいても、エンジン回転数，速度の上昇に伴って温
度上昇するが、特に上記左，右方向流Ｄ，Ｅの到達部位
間に位置するポイント５６，５７の温度がエンジン回転
数，速度が増加するとともに大幅に上昇する。これによ
り、上記分離された燃料は充分な熱が与えられることと
なり、霧化が促進される。

【００６４】一般にエンジンでは、エンジン回転数が増
大するに従って、多量の燃料を霧化させる必要があり、
しかもこの霧化に要する時間を短縮する必要がある。本
エンジンでは、燃焼凹部３ａ内の左，右吸気弁開口１０
ａ，１０ｂ間に上記突起４０を突設したので、該突起４
０により燃料到達部位の温度を高くでき、それだけ燃料
の蒸発時間を短縮できることとなる。

【００６５】なお、図１８において、Ｆは８００ｒｐｍ
の時の、Ｇは４８００ｒｐｍの時の、Ｈは５６００ｒｐ
ｍの時の上記各ポイントの温度変化をそれぞれ示す特性
線である。また、図１９において、Ｉは６０ｋｍ／ｈの
時の、Ｊは１２０ｋｍ／ｈの時の、Ｋは１８０ｋｍ／ｈ
の時の上記各ポイントの温度変化をそれぞれ示す特性線
である。

【００６６】

【発明の効果】請求項１の発明に係る筒内噴射エンジン
によれば、並列配置された吸気弁開口を気筒軸芯側に大
きく偏位配置するとともに、燃料噴射弁の噴射口をシリ
ンダヘッドの上記両吸気弁開口の間に位置させて排気側
に向けて燃料を噴射するようにしたので、気筒内にて
左，右一対の縦渦（タンブル）が発生し、また燃料は該
両タンブル流の間を通って排気側に向けて噴射され、そ
のため気筒中心部では高濃度混合気となるとともに左，
右側部では低濃度混合気となる成層混合気が形成され、
特に低速回転高負荷運転時におけるノッキングの発生を
抑制できる効果がある。

【００６７】請求項２の発明によれば、吸気カム軸を気
筒軸方向の気筒投影面内に位置するように配設したの
で、吸気ポートを起立配置することが可能となり、吸気
ポートとブロック側合面との間に燃料噴射弁の配置スペ
ースを確保できる効果がある。

【００６８】請求項３の発明によれば、ピストンのキャ
ビティに、噴射燃料の一部を点火プラグ側に案内し、残
りをキャビティ内に案内する反射傾斜面を形成したの
で、点火プラグ周囲とキャビティでは高濃度混合気とな
るとともにキャビティ周囲では低濃度となる成層混合気
を形成でき、ノッキングを抑制できる効果がある。

【００６９】請求項４の発明によれば、上記キャビティ
を排気側に偏位配置し、キャビティの吸気側に空気を該
キャビティ内に導入する導入傾斜面を形成し、吸気側の
スキッシュ面を排気側のスキッシュ面より広く形成した
ので、ピストンの上死点近傍への上昇に伴ってキャビテ
ィ内に空気を流入させることができ、この空気の渦によ
り上記キャビティ内に案内された燃料と空気との混合が
促進され、キャビティ内に均一混合気を形成でき、燃焼
速度を向上できる効果がある。

【００７０】請求項５の発明によれば、上記キャビティ
を、上記導入傾斜面から気筒中心から上記導入傾斜面側
に延びる部分と、上記反射傾斜面の左，右に延びる部分
とからなる全体として三つ葉型としたので、キャビティ
内に流入する空気がより一層確実に渦を発生し、燃料と
空気との混合がより一層促進され、燃焼速度をさらに向
上できる効果がある。

【００７１】請求項６の発明によれば、導入傾斜面側に
左，右吸気弁開口と対向する対向凹部を凹設したので、
燃料と空気の混合がより一層促進され燃焼速度をさらに
向上できる効果がある。

【００７２】請求項７の発明によれば、シリンダヘッド
のバルブブリッジに噴射燃料を切り分ける分離する突起
部を配設したので、噴射燃料が点火プラグに直接かかる
ことを防止でき、また、燃料の霧化を促進できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１〜４の発明の第１実施形態による筒内
噴射エンジン断面側面図（図３のI-I 線断面図）であ
る。

【図２】上記第１実施形態エンジンの断面側面図（図３
のII-II 線断面図）である。

【図３】上記第１実施形態エンジンのシリンダヘッドの
底面図である。

【図４】上記第１実施形態エンジンのピストンの平面図
である。

【図５】上記第１実施形態エンジンの燃料噴射弁の断面
側面図である。

【図６】上記第１実施形態エンジンのシリンダライナの
平面図である。

【図７】上記第１実施形態エンジンのシリンダライナの
断面側面図である。

【図８】上記第１実施形態エンジンの燃料噴射弁の噴射
特性図である。

【図９】上記第１実施形態エンジンの動作を説明するた
めのエンジン回転数−負荷−運転状態特性図である。

【図１０】上記第１実施形態エンジンの動作を説明する
ためのエンジン回転数−負荷−運転状態特性図である。

【図１１】上記第１実施形態エンジンの均一予混合燃焼
状態を示す模式図である。

【図１２】上記第１実施形態エンジンの成層混合気燃焼
状態を示す模式図である。

【図１３】上記第１実施形態エンジンのリフトカーブを
示す模式図である。

【図１４】請求項５の発明の第２実施形態によるピスト
ンのキャビティを示す平面図である。

【図１５】請求項６，７の発明の第３実施形態によるエ
ンジンの要部断面側面図である。

【図１６】上記第３実施形態エンジンのシリンダヘッド
の底面図である。

【図１７】上記第３実施形態エンジンのピストンのキャ
ビティを示す平面図である。

【図１８】上記第３実施形態エンジンの温度特性図であ
る。

【図１９】上記第３実施形態エンジンの温度特性図であ
る。

【符号の説明】

１筒内噴射エンジン３シリンダヘッド３ａ燃焼凹部３ｄ吸気側のスキッシュ面３ｇブロック側合面６ｄシリンダボア（気筒）７ピストン７ｃピストン頂部８，３８キャビティ８ｄ導入傾斜面８ｅ反射傾斜面９点火プラグ１０ａ，１０ｂ吸気弁開口１２ａ吸気ポート１４燃料噴射弁１４ｂ噴射ノズル（噴射口）１５吸気弁１８吸気カム軸４０突起部Ｃ気筒軸４２ａ．４２ｂ対向凹部ｃ′ 吸気弁の弁軸Ｌ気筒半径Ｌ１両吸気弁開口の中心同士を結ぶ線から気筒軸まで
の距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気筒内に燃料を噴射供給する筒内噴射弁
を備えた筒内噴射エンジンにおいて、シリンダヘッドに
２つの吸気弁開口をカム軸方向に並列に形成し、気筒軸
方向に見て上記両吸気弁開口を、該両吸気弁開口の中心
同士を結ぶ線から気筒軸までの距離が気筒半径の１／４
以下となる位置に形成し、気筒軸方向に見て上記燃料噴
射弁の噴射口を、シリンダヘッドの上記両吸気弁開口の
間に位置し、かつ噴射軸線が排気側に向かうように配設
したことを特徴とする筒内噴射エンジン。
【請求項２】請求項１において、吸気カム軸を気筒軸
方向に見て吸気カム軸の少なくとも一部が気筒投影面内
に位置するように配設し、上記燃料噴射弁を、カム軸方
向に見てシリンダヘッドの吸気ポートとブロック側合面
との間に該吸気ポートの直線部と略平行となるように挿
入配設したことを特徴とする筒内噴射エンジン。
【請求項３】気筒内に燃料を噴射供給する筒内噴射弁
を備えた筒内噴射エンジンにおいて、ピストンの頂部に
シリンダヘッドの燃焼凹部とで燃焼室を構成するキャビ
ティを凹設し、上記筒内噴射弁を噴射燃料が、上死点近
傍にて上昇中のピストンの上記キャビティ内に進入する
ように配設し、該キャビティの周壁面の排気側に上記噴
射された燃料を衝突反射させ、該反射燃料の一部を点火
プラグに向けて案内し、他の一部をキャビティ内に案内
する反射傾斜面を形成したことを特徴とする筒内噴射エ
ンジン。
【請求項４】請求項３において、上記キャビティを排
気側に偏位配置し、キャビティの吸気側に空気を該キャ
ビティ内に導入する導入傾斜面を形成し、吸気側のスキ
ッシュ面を排気側のスキッシュ面より広く形成したこと
を特徴とする筒内噴射エンジン。
【請求項５】請求項４において、上記キャビティを、
気筒中心から上記導入傾斜面側に延びる部分と、上記反
射傾斜面の左，右側に延びる部分とからなる全体として
三つ葉型としたことを特徴とする筒内噴射エンジン。
【請求項６】請求項４において、上記導入傾斜面の
左，右側に左，右の吸気弁開口に対向する対向凹部を凹
設したことを特徴とする筒内噴射エンジン。
【請求項７】気筒内に燃料を噴射供給する筒内噴射弁
を備えた筒内噴射エンジンにおいて、シリンダヘッドに
２つの吸気弁開口をカム軸方向に並列に形成し、気筒軸
方向に見て上記燃料噴射弁の噴射口を、シリンダヘッド
の上記両吸気弁開口の間に位置し、かつ噴射軸線が排気
側に向かうように配設し、点火プラグを気筒軸付近に配
設するとともに、シリンダヘッドの燃焼室天壁面の上記
両吸気弁開口の間の部分に、上記燃料噴射弁からの噴射
燃料が上記点火プラグの電極に直接かかるのを防止する
とともに、該噴射燃料の霧化を促進するための突起部を
形成したことを特徴とする筒内噴射エンジン。